JP6609614B2 - Preparation of bromine-containing polymers and their application as flame retardants - Google Patents

Preparation of bromine-containing polymers and their application as flame retardants Download PDF

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Description

本発明は、可燃性材料(たとえば、ポリアミド、ポリプロピレン、およびアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン複合体)中の難燃剤として用いるのに適した、ペンデントペンタブロモベンジル基を有する新しい高分子量重合体を提供する。   The present invention provides new high molecular weight polymers having pendent pentabromobenzyl groups suitable for use as flame retardants in flammable materials (eg, polyamides, polypropylene, and acrylonitrile-butadiene-styrene composites). .

臭素化化合物は、難燃剤として非常に効果的であることが知られており、多くの場合、合成物質の燃焼リスクを低減することが可能な物質のみで成り立っている。今開発する必要があるのは、重合性高分子量の、臭素化難燃剤である。臭素化難燃剤の分子量が高いほど、揮発性が低く、生体組織中での生物濃縮の可能性が低くなると仮定される。   Brominated compounds are known to be very effective as flame retardants and often consist solely of materials that can reduce the combustion risk of synthetic materials. What needs to be developed now is a polymeric high molecular weight brominated flame retardant. It is hypothesized that the higher the molecular weight of the brominated flame retardant, the lower the volatility and the lower the potential for bioconcentration in living tissue.

ペンタブロモベンジル残基を含む低分子量化合物は、当該技術分野で知られている。ペンタブロモベンジルアクリレート(EP 481126)、ペンタブロモベンジルテレフタレート(DE 33 20 333)、およびペンタブロモベンジルテトラブロモフタレート(EP 47866)は、難燃性重合体化合物として有用であると報告されている。さらに、ポリ(ペンタブロモベンジルアクリレート)は、可燃性材料中の難燃剤として用いられている。以降、ペンタブロモベンジル基は以下の分子構造または分子式−CHBrで示すことがある:

Figure 0006609614
Low molecular weight compounds containing pentabromobenzyl residues are known in the art. Pentabromobenzyl acrylate (EP 481126), pentabromobenzyl terephthalate (DE 33 20 333), and pentabromobenzyl tetrabromophthalate (EP 47866) are reported to be useful as flame retardant polymer compounds. Furthermore, poly (pentabromobenzyl acrylate) has been used as a flame retardant in flammable materials. Hereinafter, the pentabromobenzyl group may be represented by the following molecular structure or molecular formula —CH 2 C 6 Br 5 :
Figure 0006609614

同時に割り当てられた国際特許出願PCT/IL2014/000002(≡WO 2014/106841)の中で、アルキル置換ベンゼン(たとえば、トルエン、キシレン、エチルベンゼン)およびジフェニルアルカンのような低分子量芳香族化合物のフリーデル−クラフツアルキル化反応におけるアルキル化剤として、ペンタブロモベンジルハロゲン化物を使用することが説明されている。   In the simultaneously assigned international patent application PCT / IL2014 / 000002 (≡WO 2014/106841) Friedel- of low molecular weight aromatic compounds such as alkyl-substituted benzenes (for example toluene, xylene, ethylbenzene) and diphenylalkanes The use of pentabromobenzyl halide as an alkylating agent in a crafts alkylation reaction has been described.

我々は、−CHBr基が、求電子芳香族C−アルキル化(フリーデル−クラフツアルキル化としても知られている)に基づく合成経路を介して芳香環含有重合体に組み込まれ、難燃剤として用いることのできる臭素リッチ重合体を製造し得るということを見つけた。それゆえ、本発明は、側鎖の形態(ポリスチレンのように)または主鎖の一部として(ポリ(フェニルエチル)のように)6員芳香環を含み、ペンデントCHBr基が、少なくとも重合体の上記6員芳香環の一部分に、炭素環原子が上記CHBrペンデント基の脂肪族の(ベンジルの)炭素と結合している状態で、付いていることに特徴付けられる重合体を提供する。本発明のペンタブロモベンジル基含有重合体について、分子量は高く、このましくは1,800以上、たとえば、3,500以上(たとえば、>6,000)であり、その臭素含有量は、好ましくは60%以上であり、水に不溶で、加水分解および/または変質に対して非常に安定である。 We, -CH 2 C 6 Br 5 groups, electrophilic aromatic C- alkylation - incorporated in the aromatic ring-containing polymer via a synthetic route based on (Friedel also known as Crafts alkylation) It has been found that bromine rich polymers can be produced that can be used as flame retardants. Therefore, the present invention includes 6-membered aromatic rings in the form of side chains (as in polystyrene) or as part of the main chain (as in poly (phenylethyl)), and the pendent CH 2 C 6 Br 5 group is , Wherein at least a part of the 6-membered aromatic ring of the polymer has a carbocyclic atom bonded to the aliphatic (benzylic) carbon of the CH 2 C 6 Br 5 pendent group. A polymer to be attached is provided. The pentabromobenzyl group-containing polymer of the present invention has a high molecular weight, preferably 1,800 or more, such as 3,500 or more (eg,> 6,000), and its bromine content is preferably 60% or more, insoluble in water, and very stable to hydrolysis and / or alteration.

本発明は、2以上の異なる種類の繰り返し単位を有するコポリマーにも関連することに留意すべきであり、もちろん、少なくとも1つの上記繰り返し単位が、ベンジル炭素を介して上記少なくとも1つの繰り返し単位の芳香環の炭素原子に結合したCHBrペンデント基を有する芳香環を含むものを提供する。 It should be noted that the present invention also relates to copolymers having two or more different types of repeat units, of course, at least one of the repeat units is fragrance of the at least one repeat unit via the benzylic carbon. Provided are those comprising an aromatic ring having a CH 2 C 6 Br 5 pendent group attached to a ring carbon atom.

本発明の重合体は、式I、IIでそれぞれより詳しく図示するように、2つの広いカテゴリーに分けることができる:(I)芳香環(−CHBr残基を含む)が側基を構成する重合体、および(II)芳香環(−CHBr残基を含む)が重合体主鎖の一部分を構成する重合体。

Figure 0006609614
The polymers of the present invention can be divided into two broad categories, as illustrated in more detail in Formulas I and II, respectively: (I) Aromatic ring (containing a —CH 2 C 6 Br 5 residue) And (II) a polymer in which an aromatic ring (including a —CH 2 C 6 Br 5 residue) constitutes a part of the polymer main chain.
Figure 0006609614

式Iの重合体では、−CHBr基を含むベンゼン環は側鎖を構成している;RはBrまたは直鎖または分枝鎖の脂肪族鎖であり、kは0〜4の独立した整数であって、好ましくは0または1であり、yは1〜(5−k)の整数、A=無し、エチレン−CHCH−、ブチレン−CHCH=CHCH−、プロピレン−CH(CH)CH−、イソプレン−CH−CH=C(CH)CH、およびnおよびmは重合体鎖における単位の数である(たとえば、式Iにおいて、3≦n≦1000およびm=0、または0.1n≦m≦0.8n;式IIにおいて、3≦n≦1000)。 In the polymer of formula I, the benzene ring containing the —CH 2 C 6 Br 5 group constitutes a side chain; R is Br or a linear or branched aliphatic chain, and k is 0-4. a separate integer, preferably 0 or 1, y is an integer, a = no of 1~ (5-k), ethylene -CH 2 CH 2 -, butylene -CH 2 CH = CHCH 2 -, Propylene-CH (CH 3 ) CH 2 —, isoprene-CH 2 —CH═C (CH 3 ) CH 2 , and n and m are the number of units in the polymer chain (eg, in formula I, 3 ≦ n ≦ 1000 and m = 0, or 0.1n ≦ m ≦ 0.8n; in Formula II, 3 ≦ n ≦ 1000).

式IIの重合体では、−CHBr基を含むベンゼン環は主鎖の一部分を構成している;X=無し、O、S、CH、CHCH、およびnは重合体鎖における単位数の数である。 In the polymer of formula II, the benzene ring containing the —CH 2 C 6 Br 5 group constitutes part of the main chain; X = none, O, S, CH 2 , CH 2 CH 2 , and n are heavy The number of units in the combined chain.

標準記法−[−B−]−nによる本発明の重合体の表現は、重合体のそれぞれおよびいずれの単位もペンデント−CHBr基を含むことを意味するものではないことに留意すべきである。 Standard notation - [- B -] - representation of the polymer of the present invention by n is noted that it is not meant to include each and any unit may pendent -CH 2 C 6 Br 5 groups of the polymer Should.

本発明の重合体化合物は、ペンタブロモベンジルハロゲン化物、特にペンタブロモベンジル臭化物(化学的な名称は、1−(ブロモメチル)−2,3,4,5,6−ペンタブロモベンゼンであり、ここではPBBBrと略称する)を、少なくとも1つの6員芳香環を繰り返し単位に含む重合体出発物質と、上述したように、AlCl、AlBr、GaCl、FeCl、SnCl、SbCl、ZnCl,CuCl、およびHFまたはこれらの混合物のような適当なフリーデル−クラフツ触媒(ルイス酸)の存在下で、反応させることで調製される。AlClを用いること、単独または1以上の他の触媒、特にSnClと組み合わせて用いることが好ましい。たとえば、AlClおよびSnClからなる混合物であって、1:3〜3:1のモル比であり、たとえばおよそ1:1であるものは、反応を触媒するのにうまく用いることができた。 The polymer compound of the present invention is pentabromobenzyl halide, particularly pentabromobenzyl bromide (chemical name is 1- (bromomethyl) -2,3,4,5,6-pentabromobenzene, where (Abbreviated as PBBBr) as a polymer starting material containing at least one 6-membered aromatic ring as a repeating unit, and AlCl 3 , AlBr 3 , GaCl 3 , FeCl 3 , SnCl 4 , SbCl 3 , ZnCl 2 as described above. , CuCl 2 , and HF or mixtures thereof are prepared by reacting in the presence of a suitable Friedel-Crafts catalyst (Lewis acid). It is preferred to use AlCl 3 , alone or in combination with one or more other catalysts, in particular SnCl 4 . For example, a mixture of AlCl 3 and SnCl 4 in a molar ratio of 1: 3 to 3 : 1, for example approximately 1: 1, could be successfully used to catalyze the reaction.

したがって、本発明の別の側面は、ペンタブロモベンジルハロゲン化物(HalCHBr、ここでHalは塩化物または臭化物のようなハロゲン化物を示す)の、1以上の6員芳香環を繰り返し単位に含む重合体反応物質とのフリーデル−クラフツアルカリ化反応を含む臭素含有重合体を調製する方法であり、上記反応は、少なくともフリーデル−クラフツ触媒の存在下の溶媒中で生じるものである。このように形成された生成物(式IおよびII)は、重合体の芳香環の炭素環原子と、ペンタブロモベンジル基のベンジル炭素との結合の存在によって特徴付けられる。 Accordingly, another aspect of the present invention is to repeat one or more 6-membered aromatic rings of pentabromobenzyl halide (HalCH 2 C 6 Br 5 , where Hal represents a halide such as chloride or bromide). A method for preparing a bromine-containing polymer comprising a Friedel-Crafts alkalizing reaction with a polymer reactant contained in a unit, wherein the reaction occurs in a solvent at least in the presence of a Friedel-Crafts catalyst. . The products thus formed (formulas I and II) are characterized by the presence of a bond between the aromatic carbon ring atom of the polymer and the benzylic carbon of the pentabromobenzyl group.

ペンタブロモベンジル臭化物出発物質は、商業的に入手可能であり(たとえば、ICL−IPから)、または当該技術分野で知られている方法(たとえば、US6,028,156およびUS7,601,774)により調製することができ、トルエンの芳香族臭素化を含む合成の経路によれば、以下の図式で示すように、たとえばハロゲン化溶剤中で、臭素元素を用いて、たとえばAlClのようなルイス酸触媒の存在下で、ペンタブロモトルエン(以降、5−BTと略称する)が形成され、それは、臭素元素およびたとえばアゾビスイソブチロニトリルのようなラジカル源を用いて、ベンジル炭素で臭素化される。

Figure 0006609614
Pentabromobenzyl bromide starting materials are commercially available (eg from ICL-IP) or by methods known in the art (eg US 6,028,156 and US 7,601,774). According to a synthetic route that can be prepared and includes aromatic bromination of toluene, a Lewis acid such as AlCl 3 can be used, for example, in a halogenated solvent, using elemental bromine, as shown in the following scheme: In the presence of a catalyst, pentabromotoluene (hereinafter abbreviated as 5-BT) is formed, which is brominated with benzylic carbon using elemental bromine and a radical source such as azobisisobutyronitrile. The
Figure 0006609614

芳香族の置換反応、すなわち、本発明による求電子芳香族C−アルキル化を経る出発物質は、その繰り返し単位(または、共重合体出発物質の場合には、少なくとも1つの繰り返し単位)に芳香環を含む重合体である。好ましくは、重合体出発物質は式IIIまたはIVで表される。

Figure 0006609614
A starting material that undergoes an aromatic substitution reaction, ie an electrophilic aromatic C-alkylation according to the present invention, has an aromatic ring in its repeating unit (or at least one repeating unit in the case of a copolymer starting material). It is a polymer containing. Preferably, the polymer starting material is represented by formula III or IV.
Figure 0006609614

式IIIにおいて、Rは直鎖または分枝鎖の脂肪族鎖または臭素であり、kは0〜4の独立した整数であって、好ましくは0または1であり、A=無し、エチレン−CHCH−、ブチレン−CHCH=CHCH−、プロピレン−CH(CH)CH−、またはイソプレン−CH−CH=C(CH)CH、nおよびmは重合体鎖における繰り返し単位の数である。 In formula III, R is a linear or branched aliphatic chain or bromine, k is an independent integer from 0 to 4, preferably 0 or 1, and A = none, ethylene-CH 2 CH 2 -, butylene -CH 2 CH = CHCH 2 -, propylene -CH (CH 3) CH 2 - or isoprene -CH 2 -CH = C (CH 3 ) CH 2, n and m are repeating in the polymer chain, The number of units.

式IVにおいて、X=無し、O、S、CH、CHCH、およびnは重合体鎖における繰り返し単位の数である。 In Formula IV, X = none, O, S, CH 2 , CH 2 CH 2 , and n are the number of repeating units in the polymer chain.

式IIIの典型的な出発物質には以下が含まれる:
k=0、A=無し、およびm=0であるポリスチレン;
k=0、Aは−CHCH−であるポリ(スチレン−コ−エチレン);k=0、Aは−CHCH=CHCH−であるポリ(スチレン−コ−ブタジエン);k=0、Aは−CH−CH=C(CH)CHであるポリ(スチレン−コ−イソプレン)のようなスチレン共重合体(CAS250038−32−8)。
Typical starting materials of formula III include:
polystyrene with k = 0, A = none, and m = 0;
k = 0, poly (styrene-co-ethylene) where A is —CH 2 CH 2 —; k = 0, A is poly (styrene-co-butadiene) where —CH 2 CH═CHCH 2 —; k = 0, A is a styrene copolymer (CAS250038-32-8) such as poly (styrene-co-isoprene) in which —CH 2 —CH═C (CH 3 ) CH 2 .

式IVの典型的な出発物質は、ポリ(フェニルエチル)を含み、X=0である。   A typical starting material of formula IV includes poly (phenylethyl) and X = 0.

本発明によるフリーデル−クラフツアルキル化反応は、単一の溶媒または溶媒の混合物の中、たとえば、好ましくはジクロロメタン(DCM)、ジブロモメタン(DBM)、ブロモクロロメタンおよびジクロロエタン(DCE)からなる群から選択されるハロゲン化脂肪族炭化水素の中で起こる。重合体出発物質とHalCHBrとのモル比は、上記重合体出発物質の芳香環における所望の置換の程度を満たすように適切に調整される。一般的に、1以上の−CHBr基を、重合体出発物質中に存在するそれぞれの6員芳香環に結合させることが要求される。触媒、たとえば、AlClまたは触媒の混合物の量は、好ましくは、HalCHBr(たとえば、PBBBrの量)に対して0.5%wt/wtから2%wt/wtの範囲である。 The Friedel-Crafts alkylation reaction according to the invention can be carried out in a single solvent or mixture of solvents, for example preferably from the group consisting of dichloromethane (DCM), dibromomethane (DBM), bromochloromethane and dichloroethane (DCE). Occurs in selected halogenated aliphatic hydrocarbons. The molar ratio of polymer starting material to HalCH 2 C 6 Br 5 is appropriately adjusted to meet the desired degree of substitution in the aromatic ring of the polymer starting material. Generally, it is required to attach one or more —CH 2 C 6 Br 5 groups to each 6-membered aromatic ring present in the polymer starting material. The amount of catalyst, eg AlCl 3 or mixture of catalysts, is preferably in the range of 0.5% wt / wt to 2% wt / wt relative to HalCH 2 C 6 Br 5 (eg amount of PBBBr). .

反応容器に溶媒、重合体出発物質(たとえば、ポリスチレン)、HalCHBr(たとえば、PBBBr)および触媒を入れる。反応物は加熱すると溶解され、その後触媒を加える。重合体出発物質およびHalCHBrは、同時に、または続けて反応混合物に加える。たとえば、最初に重合体出発物質を溶媒中で溶解して、透明な溶液になったら、HalCHBr(たとえば、PBBBr)を溶液に加え、または重合体溶液をHalCHBrに加えることが、より好都合となる場合もある。反応は、40℃以上の温度、たとえば40℃〜90℃、より好ましくは60℃〜90℃で完了する。一般的に、反応時間は2〜8時間である。フリーデル−クラフツアルキル化反応は、臭化水素の発生を伴う。反応の最後は、PBBBrの完全な消費(消滅はガスクロマトグラフィ分析で判断する)、または臭加水素の発生の停止のどちらかで示される。 A reaction vessel is charged with solvent, polymer starting material (eg, polystyrene), HalCH 2 C 6 Br 5 (eg, PBBBr) and catalyst. The reaction is dissolved upon heating, after which the catalyst is added. The polymer starting material and HalCH 2 C 6 Br 5 are added to the reaction mixture simultaneously or sequentially. For example, when the polymer starting material is first dissolved in a solvent and becomes a clear solution, HalCH 2 C 6 Br 5 (eg, PBBBr) is added to the solution, or the polymer solution is added to the HalCH 2 C 6 Br 5 May be more convenient. The reaction is completed at a temperature of 40 ° C. or higher, for example, 40 ° C. to 90 ° C., more preferably 60 ° C. to 90 ° C. In general, the reaction time is 2 to 8 hours. The Friedel-Crafts alkylation reaction involves the generation of hydrogen bromide. The end of the reaction is indicated by either the complete consumption of PBBBr (determination is determined by gas chromatography analysis) or the cessation of odor hydrogen evolution.

生成物は、従来技術を用いて反応混合物から分離される。反応混合物は、水、亜硫酸水素ナトリウム(SBS)水溶液またはアルカリ水溶液(たとえば、炭酸ナトリウムまたは炭酸水素ナトリウム)で繰り返し洗浄され、それにより過剰の触媒が分解される。重合体生成物がハロゲン化脂肪酸炭化水素反応溶媒から自発的に沈殿しない場合は、非溶媒、つまり、生成物が本来的に溶解しない溶媒と反応混合物を組み合わせることで沈殿を生じさせる。アセトンのような極性溶媒およびイソプロパノールのような低級アルコールは、ハロゲン化脂肪酸炭化水素と十分に混和するが、非溶媒として有用である。冷却すると、重合体生成物は、ハロゲン化脂肪族炭化水素およびアセトンまたはイソプロパノールの混合物から沈殿する。重合体生成物は濾過により回収され、任意で洗浄、乾燥される。   The product is separated from the reaction mixture using conventional techniques. The reaction mixture is washed repeatedly with water, aqueous sodium hydrogen sulfite (SBS) or alkaline solution (eg, sodium carbonate or sodium hydrogen carbonate), thereby destroying excess catalyst. When the polymer product does not spontaneously precipitate from the halogenated fatty acid hydrocarbon reaction solvent, precipitation is caused by combining the reaction mixture with a non-solvent, ie, a solvent in which the product does not inherently dissolve. Polar solvents such as acetone and lower alcohols such as isopropanol are well miscible with halogenated fatty acid hydrocarbons, but are useful as non-solvents. Upon cooling, the polymer product precipitates from a mixture of halogenated aliphatic hydrocarbon and acetone or isopropanol. The polymer product is recovered by filtration, optionally washed and dried.

本発明は、芳香環含有繰り返し単位、たとえば式IIIおよびIVで特定される、芳香環含有繰り返し単位を有する重合体のフリーデル−クラフツアルキル化におけるアルキル化試薬としての、ペンタブロモベンジルハロゲン化物HalCHBr(たとえば、PBBBr)の使用にも関する。好ましい重合体出発物質は、重量平均分子量170000〜350000のポリスチレングレード、および重量平均分子量400〜350000のポリフェニルエチルグレードである。 The present invention relates to pentabromobenzyl halide HalCH 2 as an alkylating reagent in Friedel-Crafts alkylation of polymers having aromatic ring-containing repeat units, for example polymers having aromatic ring-containing repeat units specified by formulas III and IV. It also relates to the use of C 6 Br 5 (eg PBBBr). Preferred polymer starting materials are polystyrene grades with a weight average molecular weight of 170,000-350,000 and polyphenylethyl grades with a weight average molecular weight of 400-350,000.

好ましい実施形態において、本発明は、反応容器に溶媒(たとえば、ハロゲン化脂肪酸炭化水素)、ポリスチレンおよびポリ(フェニルエチル)からなる群から選択される重合体出発物質、ペンタブロモベンジルハロゲン化物HalCHBr(たとえば、PBBBr)、フリーデル−クラフツアルカリ化に用いる1以上の触媒を反応容器に入れる工程、フリーデル−クラフツアルカリ化を完了させる工程、および臭素含有重合体生成物、つまりペンデントCHBr基を有するものを回収する工程、を含む製造方法を提供する。好ましくは、反応で使用するHalCHBrのモル数は、重合体出発物質の芳香環の全モル数より大きい。たとえば、重量平均分子量がおよそ200,000のポリスチレンのグレードを使用する場合、重合体鎖における繰り返し単位の平均数は、およそ2000(ポリスチレンの繰り返し単位の分子量をおよそ100として)である。したがって、0.0005モルのポリスチレン出発物質に対して、1モル以上のHalCHBrが使用される。 In a preferred embodiment, the present invention relates to a polymer starting material selected from the group consisting of a solvent (eg, halogenated fatty acid hydrocarbon), polystyrene and poly (phenylethyl), pentabromobenzyl halide HalCH 2 C in a reaction vessel. 6 Br 5 (eg, PBBBr), one or more catalysts used for Friedel-Crafts alkalinization, a step of completing Friedel-Crafts alkalinization, and a bromine-containing polymer product, ie, pendent CH And a step of recovering one having 2 C 6 Br 5 groups. Preferably, the number of moles of HalCH 2 C 6 Br 5 used in the reaction is greater than the total number of moles of aromatic rings in the polymer starting material. For example, if a polystyrene grade with a weight average molecular weight of approximately 200,000 is used, the average number of repeat units in the polymer chain is approximately 2000 (assuming the polystyrene repeat unit molecular weight is approximately 100). Therefore, 1 mol or more of HalCH 2 C 6 Br 5 is used for 0.0005 mol of polystyrene starting material.

本発明の好ましい臭素含有重合体は、式IのK=0、m=0、およびy=1であり、式Vで表される。

Figure 0006609614
Preferred bromine-containing polymers of the invention are represented by Formula V where K = 0, m = 0, and y = 1 in Formula I.
Figure 0006609614

本発明により提供されるペンタブロモベンジル置換ポリスチレンは、臭素含有量が60wt%以上、たとえば、60〜70wt%であることにより特徴付けられる。本発明の好ましいペンタブロモベンジル置換ポリスチレンの熱的安定性プロファイルは、試料温度が上昇するときの試料の重量損失を測定する熱重量分析(TGA)で表わすと、典型的には以下のようになる。   The pentabromobenzyl-substituted polystyrene provided by the present invention is characterized by having a bromine content of 60 wt% or more, for example, 60 to 70 wt%. The thermal stability profile of the preferred pentabromobenzyl substituted polystyrene of the present invention, typically expressed as thermogravimetric analysis (TGA), which measures the weight loss of the sample as the sample temperature is raised, is as follows: .

Figure 0006609614
Figure 0006609614

本発明の他の好ましい臭素含有重合体は、式IIでX=0およびy=2の重合体であり、式VIで表される。

Figure 0006609614
Another preferred bromine-containing polymer of the present invention is a polymer of formula II where X = 0 and y = 2 and is represented by formula VI.
Figure 0006609614

本発明で提供されるペンタブロモベンジル置換ポリフェニルエチレンは、臭素含有量が70wt%以上、たとえば、70〜75wt%であることにより特徴付けられる。本発明の好ましいペンタブロモベンジル置換ポリフェニルエチレンの熱的安定性プロファイルは、典型的には以下のようになる。   The pentabromobenzyl-substituted polyphenylethylene provided in the present invention is characterized by having a bromine content of 70 wt% or more, for example, 70 to 75 wt%. The thermal stability profile of preferred pentabromobenzyl substituted polyphenylethylenes of the present invention is typically as follows:

Figure 0006609614
Figure 0006609614

本発明の特に好ましい臭素含有重合体は、臭素含有量が65〜70wt%であり、TGAで昇温速度10℃/分とした場合に、370℃または370℃以上の温度(好ましくは>375℃)で5%、および/または380℃以上の温度(好ましくは>385℃)で10%の重量損失を示す、ペンタブロモベンジル置換ポリスチレンである。生成物の臭素含有量は、後で詳述するように、臭素含有有機化合物を分解して臭化物を得て、銀滴定をすることを含むパールボンベ法により測定される。以下で報告する実験結果は、ペンタブロモベンジル置換ポリスチレンが添加されると、プラスチック材料の燃焼性が低減されることを明らかにしている。   A particularly preferred bromine-containing polymer of the present invention has a bromine content of 65 to 70 wt%, and a temperature of 370 ° C. or 370 ° C. or higher (preferably> 375 ° C. when TGA has a temperature rising rate of 10 ° C./min. ) And / or 10% weight loss at temperatures above 380 ° C. (preferably> 385 ° C.). The bromine content of the product is measured by a pearl cylinder method that involves bromination of the bromine-containing organic compound to obtain bromide and silver titration, as described in detail later. The experimental results reported below demonstrate that the addition of pentabromobenzyl substituted polystyrene reduces the flammability of the plastic material.

フリーデル−クラフツアルキル化により製造された臭素含有重合体を臭素化(たとえば、臭素元素と共に)させて、追加的な臭素原子を本発明の重合体に取り入れることは可能である。本発明のある特別な実施形態は、臭素含有重合体を調製する工程を含み、それは
(i)繰り返し単位の中に1以上の6員芳香環を有する重合体反応物とペンタブロモベンジルハロゲン化物のフリーデル−クラフツアルキル化反応の工程であり、上記反応は少なくとも1つのフリーデル−クラフツ触媒の存在下で溶媒中で生じ、ペンタブロモベンジル置換重合体の得られる工程、および
(ii)そのように形成されたペンタブロモベンジル置換重合体を臭素化反応にさらす工程
を含む。
Bromine-containing polymers produced by Friedel-Crafts alkylation can be brominated (eg, with elemental bromine) to incorporate additional bromine atoms into the polymers of the present invention. One particular embodiment of the present invention comprises the step of preparing a bromine-containing polymer, which comprises (i) a polymer reactant having one or more 6-membered aromatic rings in a repeating unit and a pentabromobenzyl halide. A Friedel-Crafts alkylation reaction, wherein the reaction occurs in a solvent in the presence of at least one Friedel-Crafts catalyst to obtain a pentabromobenzyl substituted polymer, and (ii) Subjecting the formed pentabromobenzyl substituted polymer to a bromination reaction.

臭素化反応は、アルキル化反応に用いたような、ハロゲン化炭素水素またはハロゲン化炭素水素の混合物中でも生じる。反応容器に、溶媒およびペンタブロモベンジル置換重合体(たとえば、ペンタブロモベンジル置換ポリスチレン)を入れる。臭素元素および適切な触媒(たとえば、上述したような1以上のロイス酸触媒、特にAlClおよび他の触媒との混合物)を反応容器に入れる。臭素元素を反応容器に、要求される臭素化の程度が達成できる十分量、たとえば、重合体中の芳香環1つあたり1または2の臭素原子を徐々に添加する。臭素化反応の完了は、HBrの生成の停止により明らかになる。生成物は、従来の方法により回収される。この方法では、−CHBr基と臭素原子(つまり、RがBrであり、k=1または2である)を有するベンゼン環を有し、臭素含有量が70%以上(70〜75wt%)の式Iの臭素含有重合体を製造することが可能である。 Bromination reactions also occur in halocarbons or mixtures of halocarbons, such as those used in alkylation reactions. A reaction vessel is charged with a solvent and a pentabromobenzyl-substituted polymer (eg, pentabromobenzyl-substituted polystyrene). Elemental bromine and a suitable catalyst (eg, a mixture with one or more leus acid catalysts as described above, particularly AlCl 3 and other catalysts) are placed in a reaction vessel. Elemental bromine is slowly added to the reaction vessel in sufficient quantity to achieve the required degree of bromination, for example 1 or 2 bromine atoms per aromatic ring in the polymer. Completion of the bromination reaction is manifested by cessation of HBr production. The product is recovered by conventional methods. This method has a benzene ring having a —CH 2 C 6 Br 5 group and a bromine atom (that is, R is Br and k = 1 or 2), and the bromine content is 70% or more (70 to 75 wt%) of bromine-containing polymers of formula I can be produced.

よって、本発明の臭素リッチ重合体は、可燃性材料における難燃剤として有用である。したがって、本発明の別の側面は、可燃性材料および本発明の新規の重合体を含む難燃性組成物である。たとえば、本発明の臭素含有重合体は、ポリアミド、ポリプロピレンおよびアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)の燃焼性を低減させるのに用いることができる。   Therefore, the bromine-rich polymer of the present invention is useful as a flame retardant in combustible materials. Accordingly, another aspect of the present invention is a flame retardant composition comprising a flammable material and the novel polymer of the present invention. For example, the bromine-containing polymers of the present invention can be used to reduce the flammability of polyamides, polypropylene and acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS).

本発明の難燃性組成物は、たとえば式IおよびIIの化合物、およびより好ましくVおよびVIの化合物のような、本発明の新規の臭素含有重合体を、効果的な難燃性を示す量で含む。プラスチック配合物における本発明の臭素含有重合体の濃度は、臭素含有量が少なくとも5wt%、より好ましくは少なくとも10wt%、たとえば10〜25wt%、さらに好ましくは10〜20wt%(難燃性プラスチック配合物の全重量に対して)となるように調整される。   The flame retardant composition of the present invention comprises an effective flame retardant amount of the novel bromine-containing polymer of the present invention, such as compounds of formulas I and II, and more preferably compounds of V and VI. Including. The concentration of the bromine-containing polymer of the present invention in the plastic formulation is such that the bromine content is at least 5 wt%, more preferably at least 10 wt%, such as 10-25 wt%, more preferably 10-20 wt% (a flame retardant plastic formulation). To the total weight of).

他の従来の添加物も、該配合物に含めてもよい。たとえば、新規の臭素含有重合体と協同できる無機化合物(典型的には金属酸化物)も、好ましくは該配合物に配合される。適切な無機化合物として好ましい例は、“無機相乗剤”として一般に考えられるものだが、三酸化アンチモンである。   Other conventional additives may also be included in the formulation. For example, an inorganic compound (typically a metal oxide) that can cooperate with a novel bromine-containing polymer is also preferably incorporated into the formulation. A preferred example of a suitable inorganic compound is antimony trioxide, which is commonly considered as an “inorganic synergist”.

特に、本発明の新規の臭素含有重合体は、ポリアミドにおいて優れた活性を示す。本発明のポリアミド系組成物は、少なくとも30%、たとえば、40wt%〜70wt%のポリアミドを含む。ポリアミド配合物は、さらに、補強充填材、つまり、ガラス繊維を含み、ガラス繊維は、典型的に、ポリアミドマトリックスとの適合性を改善するために使用する前に当該技術分野で知られた方法で被覆される。ガラス繊維のそのように改変された形態は、市場で、たとえば、PPGからのGFチョップヴァンテージ3660として入手可能である。ガラス繊維は、直径が2μ〜20μの範囲のフィラメントを含み、長さが2〜10mm、たとえば、3〜4.5mmの範囲の破片の形態で適用される。たとえば、強化ポリアミドに適用されるガラス繊維の主な成分は、アルミノホウケイ酸である。そのような種類のガラスは、E−ガラスとして知られている。ガラス繊維の含有量は、ポリアミド組成物の全重量の5%〜40%である。   In particular, the novel bromine-containing polymer of the present invention exhibits excellent activity in polyamides. The polyamide-based composition of the present invention includes at least 30%, for example, 40 wt% to 70 wt% polyamide. The polyamide formulation further includes a reinforcing filler, i.e., glass fiber, which is typically in a manner known in the art prior to use to improve compatibility with the polyamide matrix. Covered. Such a modified form of glass fiber is available on the market as, for example, GF Chop Vantage 3660 from PPG. Glass fibers include filaments having a diameter in the range of 2 μm to 20 μm and are applied in the form of debris having a length in the range of 2 to 10 mm, for example 3 to 4.5 mm. For example, the main component of glass fiber applied to reinforced polyamide is aluminoborosilicate. Such kind of glass is known as E-glass. The glass fiber content is 5% to 40% of the total weight of the polyamide composition.

ポリアミド、補強充填材、臭素含有重合体(たとえば、式IまたはIIの化合物)、および三酸化アンチモンに加えて、本発明のポリアミド配合物は、さらに潤滑剤、抗酸化剤(たとえば、ヒンダードフェノールまたは亜リン酸塩タイプの)、顔料、UV安定剤および熱安定剤を含むことができる。上記に列挙したそれぞれの従来の添加物の含有量は、典型的に0.05〜10wt%の範囲である。   In addition to polyamides, reinforcing fillers, bromine-containing polymers (eg, compounds of formula I or II), and antimony trioxide, the polyamide formulations of the present invention can further comprise lubricants, antioxidants (eg, hindered phenols). Or phosphite type), pigments, UV stabilizers and heat stabilizers. The content of each conventional additive listed above is typically in the range of 0.05 to 10 wt%.

ポリアミド組成物は、組成物を溶融混合することにより、たとえば、コニーダーまたは二軸スクリュー押出機の中で、混合温度は200〜300℃の範囲にして、製造される。たとえば、ポリアミド、臭素含有難燃剤、および従来の添加物(ガラス繊維を除いて)を乾燥混合して、この混合物を押出機のスロートに入れる。ガラス繊維は最後に、すなわち下流で、加える。   The polyamide composition is produced by melt-mixing the composition, for example, in a kneader or twin screw extruder, with a mixing temperature in the range of 200-300 ° C. For example, polyamide, bromine-containing flame retardant, and conventional additives (except for glass fibers) are dry mixed and the mixture is placed in the throat of the extruder. Glass fibers are added last, ie downstream.

本発明の好ましいポリアミド組成物は、100重量部のポリアミド(たとえば、ポリアミド6,6)、40〜70重量部のガラス繊維、5〜50重量部の式Vのペンタブロモベンジル置換ポリスチレン、および3〜15重量部の無機相乗剤(たとえば、Sb)を含む。 Preferred polyamide compositions of the present invention include 100 parts by weight polyamide (eg, polyamide 6,6), 40-70 parts by weight glass fiber, 5-50 parts by weight pentabromobenzyl substituted polystyrene of formula V, and 3 Contains 15 parts by weight of inorganic synergist (eg, Sb 2 O 3 ).

本発明の新規の臭素含有重合体は、ポリプロピレンの燃焼性の低減においても優れた活性を示す。本発明のポリプロピレン組成物は、50wt%以上(組成物の全重量に対して)、たとえば、50〜85wt%、より好ましくは50〜70wt%のポリプロピレン共重合体を含む。本発明に用いることのできる、適切なポリプロピレンインパクト共重合体は、本質的にポリプロピレンホモポリマー成分である第1ブロック(または相)、およびエチレン−プロピレン共重合体成分である第2ブロック(または相)を含むブロック共重合体の形態であり得る。ポリプロピレンインパクト共重合体は、当該技術分野で知られている条件下での逐次重合反応によって製造される。第1反応ではホモポリマー成分が製造され、第2反応では共重合体成分が製造される。よって、共重合体成分は、ホモポリマー成分のマトリックスの中に化学的に組み込まれる。ブロック共重合体の形態のさまざまなグレードのポリプロピレンインパクト共重合体は、商業的に入手可能である(商品名Capilene(登録商標)SE50E、TR50、およびSL50、Carmel Olefins、イスラエル)。インパクト修飾ポリプロピレンは、ポリプロピレンホモポリマーとゴムとを混合することによって調製され得る。本発明の化合物は、充填材のない、または充填材を含むポリプロピレン系配合物の燃焼性を低減するのに用いることができる。   The novel bromine-containing polymer of the present invention also exhibits excellent activity in reducing the flammability of polypropylene. The polypropylene composition of the present invention comprises a polypropylene copolymer of 50 wt% or more (relative to the total weight of the composition), for example, 50 to 85 wt%, more preferably 50 to 70 wt%. Suitable polypropylene impact copolymers that can be used in the present invention include a first block (or phase) that is essentially a polypropylene homopolymer component and a second block (or phase) that is an ethylene-propylene copolymer component. ) In the form of a block copolymer. Polypropylene impact copolymers are produced by sequential polymerization reactions under conditions known in the art. In the first reaction, a homopolymer component is produced, and in the second reaction, a copolymer component is produced. Thus, the copolymer component is chemically incorporated into the matrix of homopolymer components. Various grades of polypropylene impact copolymers in the form of block copolymers are commercially available (trade names Capilene® SE50E, TR50, and SL50, Carmel Olefins, Israel). Impact modified polypropylene can be prepared by mixing polypropylene homopolymer and rubber. The compounds of the present invention can be used to reduce the flammability of polypropylene-based formulations without or containing fillers.

本発明の好ましいポリプロピレン組成物は、100重量部のポリプロピレン共重合体、5〜50重量部の式Vのペンタブロモベンジル置換ポリスチレン、および2〜20重量部の無機相乗剤(たとえば、Sb)を含む。充填材含有ポリプロピレンは、さらに、粉状またはマスターバッチペレットの形態で加えられた、5〜25重量部のタルクを含む。 A preferred polypropylene composition of the present invention comprises 100 parts by weight polypropylene copolymer, 5-50 parts by weight pentabromobenzyl substituted polystyrene of formula V, and 2-20 parts by weight inorganic synergist (eg, Sb 2 O 3 )including. The filler-containing polypropylene further comprises 5 to 25 parts by weight of talc added in the form of powder or masterbatch pellets.

本発明のABS組成物は、好ましくは50wt%以上のABS、たとえば、50〜85wt%のABS(配合物の全重量に対して)を含む。本発明の明細書においてABSとの用語は、組成および製造方法によらず、スチレン、アクリロニトリルおよびブタジエンに相当する(任意に置換される)構造単位を含む共重合体およびターポリマーをいう。ABSの特徴および組成は、たとえば、Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Volume 16, pages 72-74 (1985)に述べられている。1〜50g/10minの範囲のMFI(220℃/10kgでのISO1133によって測定)を有するABSを用いた。   The ABS composition of the present invention preferably comprises 50 wt% or more of ABS, for example 50 to 85 wt% ABS (relative to the total weight of the formulation). In the specification of the present invention, the term ABS refers to copolymers and terpolymers containing structural units corresponding to (optionally substituted) styrene, acrylonitrile and butadiene, regardless of the composition and production method. The characteristics and composition of ABS are described, for example, in Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Volume 16, pages 72-74 (1985). ABS with MFI (measured by ISO 1133 at 220 ° C./10 kg) in the range of 1-50 g / 10 min was used.

本発明のABS配合物は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFEと略称する)のような1以上の滴下防止剤も、好ましくは0.025〜0.4wt%の範囲で、より好ましくは0.025〜0.3wt%の範囲で、さらに好ましくは0.05〜0.2wt%の範囲で含む。PTFEについては、たとえば、US6,503,988で述べられている。   The ABS formulation of the present invention is also preferably one or more anti-drip agents such as polytetrafluoroethylene (abbreviated as PTFE), preferably in the range of 0.025 to 0.4 wt%, more preferably 0.025 to It is contained in the range of 0.3 wt%, more preferably in the range of 0.05 to 0.2 wt%. PTFE is described, for example, in US Pat. No. 6,503,988.

上述したプラスチック配合物は、当該技術分野で知られている方法によって、容易に調製される。上記配合物のさまざまな材料は、それぞれの量で共に混合される。材料は、最初に、ヘンシェルミキサーのような適切な混合機を用いて乾燥混合される。得られた混合物は、たとえば、2軸スクリュー押出機を用いて均質なペレットの形態にされる。得られたペレットは乾燥され、射出成形のような成形工程に適するようになる。他の混合および成形技術も適用できる。重合体配合物から成形された物品は、本発明の他の側面となる。   The plastic blends described above are readily prepared by methods known in the art. The various ingredients of the formulation are mixed together in their respective amounts. The material is first dry mixed using a suitable mixer such as a Henschel mixer. The resulting mixture is formed into homogeneous pellets using, for example, a twin screw extruder. The resulting pellets are dried and become suitable for molding processes such as injection molding. Other mixing and molding techniques can also be applied. Articles molded from polymer blends are another aspect of the present invention.

実施例
方法
Mettler-toledo instrument model 850を用いてTGA分析を行った。〜10mgの試料を、酸化アルミニウムるつぼ中で、窒素雰囲気で、昇温速度10℃/minで、35℃からおよそ700℃に加熱した。
Example
Method
TGA analysis was performed using a Mettler-toledo instrument model 850. A 10 mg sample was heated in an aluminum oxide crucible from 35 ° C. to approximately 700 ° C. in a nitrogen atmosphere at a temperature increase rate of 10 ° C./min.

化合物における臭素含有量を、パールボンベ法で測定した。試料(〜0.08〜0.12g)を過酸化物ボンベ容器に設置した。スクロース(0.5g)を加え、ひとすくいの過酸化ナトリウムも加えた。試料を、バーナーの炎をボンベの底に当てながら、過酸化ナトリウムで酸化した。ボンベがおよそ200℃まで加熱されたときに、バーナーを消した。ボンベを冷水(2L)中に置いた。気体の生成物を、アルカリ混合物で吸収し、ほぼ臭化ナトリウムの形態で、ボンベ中に保持した。ボンベの内容物を、温水と混合した。硫酸ヒドラジンを、残った過酸化ナトリウムを分解するために加えた。硝酸を、溶液が完全に中和され、酸性になるまで加えた。溶液を室温にまで冷却し、AgNO(0.1N)で滴定して、臭素含有量を測定した。 The bromine content in the compound was measured by the pearl cylinder method. A sample (˜0.08 to 0.12 g) was placed in a peroxide cylinder. Sucrose (0.5 g) was added, and a portion of sodium peroxide was also added. The sample was oxidized with sodium peroxide with a burner flame hitting the bottom of the cylinder. The burner was turned off when the bomb was heated to approximately 200 ° C. The bomb was placed in cold water (2 L). The gaseous product was absorbed with the alkaline mixture and kept in the bomb in the form of approximately sodium bromide. The contents of the bomb were mixed with warm water. Hydrazine sulfate was added to decompose the remaining sodium peroxide. Nitric acid was added until the solution was completely neutralized and acidic. The solution was cooled to room temperature and titrated with AgNO 3 (0.1N) to determine the bromine content.

実施例1
AlClおよびSnClを用いた、ポリスチレンのPBBBrとの反応
DBM(1.8L)、およびMW170000〜350000のポリスチレン(104.15g)を、メカニカルスターラー、温度計、コンデンサー、HBrトラップ、およびNインレットを備える、2L反応器に入れた。該混合物を66℃まで加熱し、透明な溶液にした。PBBBr(565.5g)を、該溶液中に溶解した。AlCl(3.1g)およびSnCl(4.8g)を加え、該混合物を84℃まで加熱すると、活発なHBrの生成が始まった。該混合物を、PBBBrが消滅するまで(GCまたはHPLCにより)、80℃で6時間加熱した。反応混合物は、水(1.5L)、pH=7となるよう飽和NaHCO溶液(1.5L)、そして再び水(1.5L)と3回、それぞれの洗浄に30分間をかけて、洗浄した。その後、反応混合物を滴下してアセトン(6L)に加え、沈殿を生じさせた。該反応混合物を20℃まで冷却し、固形物を濾過して減圧下で12時間、105℃のオーブンで乾燥させて、PBBBrに基づいて86%の収率に相当する、509gを得た。元素分析によれば、臭素含有量はおよそ68%であり、これはおよそ芳香環1つあたりPBBBr1分子に相当する。この生成物のTGAプロファイルを下表に示す。
Example 1
Reaction of polystyrene with PBBBr using AlCl 3 and SnCl 4 DBM (1.8 L), and polystyrene with MW 170000-350,000 (104.15 g), mechanical stirrer, thermometer, condenser, HBr trap, and N 2 inlet Into a 2 L reactor. The mixture was heated to 66 ° C. to make a clear solution. PBBBr (565.5 g) was dissolved in the solution. When AlCl 3 (3.1 g) and SnCl 4 (4.8 g) were added and the mixture was heated to 84 ° C., active HBr production began. The mixture was heated at 80 ° C. for 6 hours until PBBBr disappeared (by GC or HPLC). The reaction mixture was washed with water (1.5 L), saturated NaHCO 3 solution (1.5 L) to pH = 7, and again three times with water (1.5 L), 30 minutes each wash. did. Thereafter, the reaction mixture was added dropwise to acetone (6 L) to cause precipitation. The reaction mixture was cooled to 20 ° C. and the solid was filtered and dried in an oven at 105 ° C. under reduced pressure for 12 hours to give 509 g, corresponding to a yield of 86% based on PBBBr. According to elemental analysis, the bromine content is approximately 68%, which corresponds approximately to one PBBBr molecule per aromatic ring. The TGA profile of this product is shown in the table below.

Figure 0006609614
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実施例2
AlClを用いたポリスチレンのPBBBrとの反応
PBBBr(27.1g)、ポリスチレン(10.0g)、AlCl(0.2g)、および溶媒としてジクロロエタン(100mL)を用いた他は、実施例1の手順を繰り返した。生成物の重量は、PBBBrに基づいて〜72%の収率に相当する、24.0gであった。臭素の含有量は、およそ60.0%であった。
Example 2
Reaction of polystyrene with PBBBr using AlCl 3 PBBBr (27.1 g), polystyrene (10.0 g), AlCl 3 (0.2 g), and dichloroethane (100 mL) as the solvent, except that dichloroethane (100 mL) was used. The procedure was repeated. The weight of the product was 24.0 g, corresponding to a yield of ˜72% based on PBBBr. The bromine content was approximately 60.0%.

実施例3
ポリフェニルエチルのPBBBrとの反応
ポリフェニルエチル[Santovac7、Santolubes LLCで入手可能、MW〜450(30g)]、PBBBr(366.4g)、およびDBM(700mL)を、メカニカルスターラー、温度計、コンデンサー、HBrトラップ、およびNインレットを備える、1L反応器に入れた。該混合物を70℃まで加熱し、ある割合でAlCl(3.5g)を加えた。該混合物を、PBBBrが消滅するまで90℃で攪拌した(5〜6h)。反応混合物を、水(250mL)およびSBS(2.5mL、〜28%)、水(250mL)、5%NaCO(250mL)、および水(250mL)で、それぞれの洗浄に20分間をかけて、50℃で洗浄した。溶媒(〜150mL)を減圧下で蒸発させた。その残留物を、40〜50℃に加熱し、1時間以上活発に攪拌させながら50℃のIPA(450mL)に滴下して加えた。該混合物を50℃で1時間攪拌し、18℃まで冷却した。固形物を濾過し、フィルターの上で、IPA(150mL)で洗浄した。固形物を、105℃で、および減圧下で150℃で、それぞれ3および7時間、オーブンで乾燥させ、白色粉生成物(PBBBrに基づいて〜92%の収率に相当する、318g)を得た。臭素の含有量は、およそ75.0%であった。この生成物のTGAプロファイルを下表に示す。
Example 3
Reaction of polyphenylethyl with PBBBr Polyphenylethyl [Santovac 7, available at Santolubes LLC, MW-450 (30 g)], PBBBr (366.4 g), and DBM (700 mL) were added to a mechanical stirrer, thermometer, condenser, Placed in 1 L reactor with HBr trap and N 2 inlet. The mixture was heated to 70 ° C. and AlCl 3 (3.5 g) was added in a proportion. The mixture was stirred at 90 ° C. until PBBBr disappeared (5-6 h). The reaction mixture was washed with water (250 mL) and SBS (2.5 mL, ˜28%), water (250 mL), 5% Na 2 CO 3 (250 mL), and water (250 mL) for 20 minutes each wash. And washed at 50 ° C. Solvent (˜150 mL) was evaporated under reduced pressure. The residue was heated to 40-50 ° C. and added dropwise to 50 ° C. IPA (450 mL) with vigorous stirring over 1 hour. The mixture was stirred at 50 ° C. for 1 hour and cooled to 18 ° C. The solid was filtered and washed on the filter with IPA (150 mL). The solid is oven dried at 105 ° C. and 150 ° C. under reduced pressure for 3 and 7 hours, respectively, to give a white powder product (318 g, corresponding to a yield of ˜92% based on PBBBr) It was. The bromine content was approximately 75.0%. The TGA profile of this product is shown in the table below.

Figure 0006609614
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実施例4
実施例1の生成物の臭素化
DBM/DCM(1495g/96g)および実施例1の生成物(191.3g)を、メカニカルスターラー、滴下漏斗、温度計、コンデンサー、HBrトラップ、およびNインレットを備える、2L反応器に入れた。該混合物を60℃まで加熱し、透明な溶液にした。Br(38.2g)を、0.5時間以上滴下して該溶液に加えた。AlCl(1.0g)およびSnCl(2.0g)を加え、該混合物を65℃まで加熱し、追加的なBr(76.4g)を滴下して加えると、活発なHBrの生成が始まった。該混合物を、HBrの生成が観察されるまで(滴定によって)、65℃で6時間加熱した。反応混合物は、水(1.0L)、飽和NaHCO溶液(1.0L)、そして再び水(1.0L)で、それぞれの洗浄に30分間をかけて、pH=7となるよう洗浄した。
Example 4
Bromination of the product of Example 1 DBM / DCM (1495 g / 96 g) and the product of Example 1 (191.3 g) were added to a mechanical stirrer, addition funnel, thermometer, condenser, HBr trap, and N 2 inlet. Equipped with a 2 L reactor. The mixture was heated to 60 ° C. to make a clear solution. Br 2 (38.2 g) was added dropwise to the solution over 0.5 h. AlCl 3 (1.0 g) and SnCl 4 (2.0 g) are added, the mixture is heated to 65 ° C., and additional Br 2 (76.4 g) is added dropwise to produce vigorous HBr production. Was started. The mixture was heated at 65 ° C. for 6 hours until formation of HBr was observed (by titration). The reaction mixture was washed with water (1.0 L), saturated NaHCO 3 solution (1.0 L), and again with water (1.0 L) for 30 minutes for each wash to pH = 7.

その後、反応混合物を、イソプロパノール(1.5L)に滴下して加え、沈殿を生じさせた。該反応混合物を20℃まで冷却し、固形物を濾過して、減圧下で12時間、105℃のオーブンで乾燥させて、〜89%の収率に相当する218gを得た。   The reaction mixture was then added dropwise to isopropanol (1.5 L), causing precipitation. The reaction mixture was cooled to 20 ° C., the solid was filtered and dried in an oven at 105 ° C. under reduced pressure for 12 hours to give 218 g, corresponding to a yield of ˜89%.

分析によれば、臭素の含有量は、およそ72%であり、これはおよそ芳香環1つあたりPBBBr2分子に相当する。この生成物のTGAプロファイルを下表に示す。   According to the analysis, the bromine content is approximately 72%, which corresponds to approximately PBBBr2 molecules per aromatic ring. The TGA profile of this product is shown in the table below.

Figure 0006609614
Figure 0006609614

以下の実施例において報告する研究は、実施例1のペンタブロモベンジル置換ポリスチレンの、さまざまな熱可塑性物質における燃焼性を低減する能力を評価したものである。試験片を調製し、以下の試験を行った。   The studies reported in the following examples evaluate the ability of the pentabromobenzyl substituted polystyrene of Example 1 to reduce flammability in various thermoplastics. Test pieces were prepared and subjected to the following tests.

燃焼性試験
燃焼性試験は、厚さ0.8mmまたは1.6mmの試料における垂直燃焼を、アメリカ保険業者安全規格(Underwriters-Laboratories standard)UL94によって行った。
Flammability test The flammability test was conducted according to the Underwriters-Laboratories standard UL94 for vertical combustion in 0.8 mm or 1.6 mm thick samples.

機械的特性
衝撃強さは、振り子衝撃試験機5102(Zwick製)を用いて、ASTM D−256−81によるアイゾット切欠き試験を用いてを測定した。
The mechanical property impact strength was measured using an Izod notch test according to ASTM D-256-81 using a pendulum impact tester 5102 (manufactured by Zwick).

引張特性(引張強さ、引張係数、破断伸び)を、ASTM D−638−95(v=5mm/min)によるZwick1435物性試験機で測定した。   Tensile properties (tensile strength, tensile modulus, elongation at break) were measured with a Zwick 1435 physical property tester according to ASTM D-638-95 (v = 5 mm / min).

その他の特性
HDT(熱変形温度;これは、重合体試料が特定の負荷で変形する温度である)を、負荷1820kPaおよび昇温速度120℃/hで、ASTM D−648−72により測定した。装置としてHDT/Vicat―plus(Davenport, Lloyd instruments)を用いた。
Other characteristics HDT (thermal deformation temperature; this is the temperature at which the polymer sample deforms at a specific load) was measured according to ASTM D-648-72 at a load of 1820 kPa and a heating rate of 120 ° C./h. HDT / Vicat-plus (Davenport, Lloyd instruments) was used as the apparatus.

MFI(メルトフローインデックス)を、ASTM D1238(PPに対して230℃/2.16kg、ポリアミドに対して250℃/1.2kg)により測定した。装置として、Meltflixer 2000(Thermo Hake)を用いた。   MFI (Melt Flow Index) was measured by ASTM D1238 (230 ° C / 2.16kg for PP, 250 ° C / 1.2kg for polyamide). Meltfixer 2000 (Thermo Hake) was used as the apparatus.

実施例5(比較例)および実施例6(本発明)
V−0規格のポリアミド6,6配合物
この実施例では、実施例1のペンタブロモベンジル置換ポリスチレンを試験して、ポリアミド6,6の燃焼性を低減する能力について評価した。比較例では、対応する配合物を同様に調製したが、難燃剤を別の臭素含有重合体(FR−803P;ポリスチレン臭化物であり、IC−IPから商業的に入手可能)とした。
Example 5 (comparative example) and Example 6 (present invention)
V-0 Standard Polyamide 6,6 Formulation In this example, the pentabromobenzyl substituted polystyrene of Example 1 was tested to evaluate the ability of polyamide 6,6 to reduce flammability. In the comparative example, the corresponding formulation was similarly prepared, but the flame retardant was another bromine-containing polymer (FR-803P; polystyrene bromide, commercially available from IC-IP).

組成物の調製に用いる材料
実験で用いた材料を表1に示す(FRは難燃剤の略称である)。
The materials used in the material experiments used for the preparation of the composition are shown in Table 1 (FR is an abbreviation for flame retardant).

Figure 0006609614
Figure 0006609614

ポリアミド組成物および試験試料の調製
材料は、L/D=32の2軸スクリュー同時回転押出機(Berstorff ZE25)の中で混ぜ合わせた。ポリアミド、臭素含有難燃剤および他のすべての添加剤―ガラス繊維を除く―を計量し混合して、その混合結果物を押出機のメイン供給口に供給した。ガラス繊維は、側面供給により押出機の第5区分に入れた。温度プロファイルは、250−260−265−265−265−270−275−280℃とした。スクリュー速度は350rpm、および供給速度は1時間あたり12kgとした。
Polyamide composition and test sample preparation materials were mixed in a twin screw co-rotating extruder (Berstorff ZE25) with L / D = 32. Polyamide, bromine-containing flame retardant and all other additives—except glass fiber—weighed and mixed and the resulting mixture was fed to the main feed port of the extruder. Glass fibers were placed in the fifth section of the extruder by side feeding. The temperature profile was 250-260-265-265-265-270-275-280 ° C. The screw speed was 350 rpm and the feed speed was 12 kg per hour.

得られた押出物は、ペレタイザー750/3(Accrapac Systems Limited)の中でペレット化した。得られたペレットは、120℃の空気循環炉の中で4時間、および80℃の真空オーブンで一晩、乾燥させた。   The resulting extrudate was pelletized in a pelletizer 750/3 (Acrapac Systems Limited). The resulting pellets were dried in an air circulating oven at 120 ° C. for 4 hours and overnight in a vacuum oven at 80 ° C.

乾燥させたペレットは、Allrounder 500−150(Arburg)を用いて、試験試料に射出成形した。射出成形の条件を表2に示す。   The dried pellets were injection molded into test samples using Allrounder 500-150 (Arburg). Table 2 shows the injection molding conditions.

Figure 0006609614
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製造した試料は、1週間23℃で放置し条件を整え、一連の試験を行った。製造した組成物および試験の結果を表3に示す。   The manufactured sample was allowed to stand at 23 ° C. for one week to prepare the conditions, and a series of tests were performed. The compositions produced and the results of the tests are shown in Table 3.

Figure 0006609614
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表3に示した結果から、ペンタブロモベンジル置換ポリスチレンおよび市販の臭素化ポリスチレンは、ポリアミド中の難燃剤として同様に優れた結果を示すことがわかる。例示したポリアミド配合物の燃焼性および機械的特性は、同程度であった。   From the results shown in Table 3, it can be seen that pentabromobenzyl-substituted polystyrene and commercially available brominated polystyrene show similar excellent results as flame retardants in polyamides. The flammability and mechanical properties of the exemplified polyamide blends were comparable.

実施例7−8(比較例)および実施例9(本発明)
V−0評価タルク無しポリプロピレン配合物
実施例1のペンタブロモベンジル置換ポリスチレンを、ポリプロピレン共重合体(タルク無し)の燃焼性を低減させる能力を評価するために試験した。比較例では、2つの対応する配合物を調製したが、難燃剤としてデカブロモジフェニルエタンおよびポリ(ペンタブロモベンジルアクリレート)(それぞれFR−1410およびFR−1025、両者ともICL−IPから商業的に入手可能)を用いた。組成物を調製するのに用いた材料を表4に示す。
Examples 7-8 (comparative examples) and Example 9 (present invention)
V-0 rated talc-free polypropylene formulation The pentabromobenzyl-substituted polystyrene of Example 1 was tested to evaluate the ability of the polypropylene copolymer (no talc) to reduce flammability. In the comparative example, two corresponding formulations were prepared, but decabromodiphenylethane and poly (pentabromobenzyl acrylate) as flame retardants (FR-1410 and FR-1025, respectively, both commercially available from ICL-IP Possible). The materials used to prepare the composition are shown in Table 4.

Figure 0006609614
Figure 0006609614

ポリプロピレン組成物および試験試料の調製
混合は、L/D=32で2軸スクリュー同時回転押出機ZE25の中で行った。温度プロファイルは120−180−200−200−200−210−220−230℃とした。スクリュー速度は350rpm、および供給速度は1時間あたり12kgとした。
Preparation mixing of the polypropylene composition and the test sample was performed in a twin screw co-rotating extruder ZE25 at L / D = 32. The temperature profile was 120-180-200-200-200-210-220-230 ° C. The screw speed was 350 rpm and the feed speed was 12 kg per hour.

得られた押出物は、ペレタイザー750/3(Accrapac Systems Ltd)の中でペレット化した。得られたペレットは、80℃の空気循環炉の中で3時間乾燥させた。乾燥させたペレットは、Allrounder 500−150(Arburg)を用いて、試験試料(厚さ1.6mm)に射出成形した。射出成形の条件を表5に示す。   The resulting extrudate was pelletized in a pelletizer 750/3 (Accrapac Systems Ltd). The obtained pellets were dried in an air circulating oven at 80 ° C. for 3 hours. The dried pellets were injection molded into test samples (thickness 1.6 mm) using Allrounder 500-150 (Arburg). Table 5 shows the injection molding conditions.

Figure 0006609614
Figure 0006609614

試料は、1週間23℃で放置し条件を整え、一連の試験を行った。結果を表7に示す。   The sample was allowed to stand at 23 ° C. for one week to prepare the conditions, and a series of tests were performed. The results are shown in Table 7.

Figure 0006609614
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結果は、ペンタブロモベンジル置換ポリスチレンは、他の臭素含有難燃剤と比べて低い含有量でポリプロピレン共重合体に添加され、UL−94V−0燃焼性試験に通ったことを示している。本発明のペンタブロモベンジル置換ポリスチレンは、臭素含有量19wt%のポリプロピレン共重合体の中で、9.5wt%の三酸化アンチモンの助けもあるが、UL−94V−0評価を達成することができる。試験した比較例の臭素化難燃剤では、ポリプロピレン共重合体に対してUL−94V−0評価を与えるために、より多くの臭素および三酸化アンチモンの添加が必要である。   The results show that pentabromobenzyl substituted polystyrene was added to the polypropylene copolymer at a lower content compared to other bromine containing flame retardants and passed the UL-94V-0 flammability test. The pentabromobenzyl substituted polystyrene of the present invention can achieve a UL-94V-0 rating, with the help of 9.5 wt% antimony trioxide in a 19 wt% bromine polypropylene copolymer. . The comparative brominated flame retardant tested requires the addition of more bromine and antimony trioxide to give a UL-94V-0 rating to the polypropylene copolymer.

実施例10−12(本発明)
V−1評価タルク含有ポリプロピレン配合物
これらの実施例の目的は、実施例1のペンタブロモベンジル置換ポリスチレンの、タルク含有ポリプロピレン配合物の燃焼性を低減させる能力を評価することである。
Examples 10-12 (present invention)
V-1 Evaluation Talc-Containing Polypropylene Formulation The purpose of these examples is to evaluate the ability of the pentabromobenzyl-substituted polystyrene of Example 1 to reduce the flammability of talc-containing polypropylene formulations.

組成物の調製に用いる材料
ポリプロピレン組成物の調製に用いた材料を表8に示す。
Materials used for preparing the composition Table 8 shows the materials used for preparing the polypropylene composition.

Figure 0006609614
Figure 0006609614

ポリプロピレン組成物および試験試料の調製
材料は、L/D=32の2軸スクリュー同時回転押出機(Berstorff ZE25)の中で混ぜ合わせた。温度プロファイルは、120−180−200−200−200−210−220−230℃とした。スクリュー速度は350rpm、および供給速度は1時間あたり12kgとした。
The polypropylene composition and test sample preparation materials were mixed in a twin screw co-rotating extruder (Berstorff ZE25) with L / D = 32. The temperature profile was 120-180-200-200-200-210-220-230 ° C. The screw speed was 350 rpm and the feed speed was 12 kg per hour.

得られた押出物は、ペレタイザー750/3(Accrapac Systems Ltd)の中でペレット化した。得られたペレットは、80℃の空気循環炉の中で3時間乾燥させた。   The resulting extrudate was pelletized in a pelletizer 750/3 (Accrapac Systems Ltd). The obtained pellets were dried in an air circulating oven at 80 ° C. for 3 hours.

乾燥させたペレットは、表9のパラメータにより、Allrounder 500−150(Arburg)を用いて、試験試料に射出成形した。   The dried pellets were injection molded into test samples using Allrounder 500-150 (Arburg) according to the parameters in Table 9.

Figure 0006609614
Figure 0006609614

試料は、1週間23℃で放置し条件を整え、試験を行った。組成物および結果を表10に示す。   The sample was allowed to stand at 23 ° C. for 1 week for adjusting the conditions and tested. The compositions and results are shown in Table 10.

Figure 0006609614
Figure 0006609614

Claims (19)

ペンタブロモベンジルハロゲン化物の、繰り返し単位に1以上の6員芳香環を有する重合体反応物とのフリーデル−クラフツアルキル化反応を含み、
前記反応は、少なくとも1つのフリーデル−クラフツ触媒の存在下で溶媒中で進行する、臭素含有重合体の調製方法。
A Friedel-Crafts alkylation reaction of a pentabromobenzyl halide with a polymer reactant having one or more 6-membered aromatic rings in the repeating unit;
A process for preparing a bromine-containing polymer, wherein the reaction proceeds in a solvent in the presence of at least one Friedel-Crafts catalyst.
ペンタブロモベンジルハロゲン化物がペンタブロモベンジル臭化物である、請求項1に記載の方法。   The process according to claim 1, wherein the pentabromobenzyl halide is pentabromobenzyl bromide. 重合体出発物質が式IIIまたは式IVで表される、請求項1または2に記載の方法。
Figure 0006609614
式IIIにおいて、Rは直鎖または分枝鎖の脂肪族鎖または臭素であり; kは0〜4の独立した整数であり; Aは、無し、−CHCH−、−CHCH=CHCH−、−CH(CH)CH−、および−CH−CH=C(CH)CHからなる群から選択され; nおよびmは重合体鎖における繰り返し単位の数であり;
式IVにおいて、Xは、無し、O、S、−CH−および−CHCH−からなる群から選択され、nは重合体鎖における繰り返し単位の数である。
The process according to claim 1 or 2, wherein the polymer starting material is represented by formula III or formula IV.
Figure 0006609614
In formula III, R is an aliphatic chain or bromine straight or branched chain; k are independently integers of 0 to 4; A is no, -CH 2 CH 2 -, - CH 2 CH = CHCH 2 -, - CH (CH 3) CH 2 -, and -CH 2 -CH = C (CH 3 ) is selected from the group consisting of CH 2; n and m is the number of repeating units in the polymer chain;
In Formula IV, X is selected from the group consisting of none, O, S, —CH 2 — and —CH 2 CH 2 —, and n is the number of repeating units in the polymer chain.
重合体出発物質が、k=0、A=無し、m=0(ポリスチレン)である式III、またはX=0(ポリ(フェニルエチル))である式IVの重合体のいずれかである、請求項3に記載の方法。   The polymer starting material is either a polymer of formula III where k = 0, A = none, m = 0 (polystyrene), or a polymer of formula IV where X = 0 (poly (phenylethyl)). Item 4. The method according to Item 3. 反応容器に溶媒、重合体開始物質としてポリスチレン、ペンタブロモベンジルハロゲン化物およびフリーデル−クラフツアルキル化に用いる1以上の触媒を入れる工程、フリーデル−クラフツアルキル化を完全に達成させる工程、およびペンデント−CHBr基を有する臭素含有ポリスチレンを回収する工程を含む、請求項4に記載の方法。 The solvent in the reaction vessel, polystyrene as the polymer starting material, pentabromobenzyl halide and Friedel - step add 1 or more of the catalyst used in Crafts alkylation, Friedel - step to fully achieve Crafts alkylation, and pendent - The method of claim 4, comprising recovering bromine-containing polystyrene having CH 2 C 6 Br 5 groups. AlClおよびSnClの混合物を用いて反応を触媒する、請求項1〜5のいずれかに記載の方法。 AlCl 3 and catalyzes the reaction using a mixture of SnCl 4, The method according to claim 1. さらに、そのように形成した、ペンデントペンタブロモベンジル基を有する重合体を臭素化反応させる工程を含む、請求項1〜6のいずれかに記載の方法。 Furthermore, the method in any one of Claims 1-6 including the process of carrying out the bromination reaction of the polymer which has the pendent pentabromo benzyl group formed in that way. 6員芳香環を含む繰り返し単位を有する
重合体であって、ペンデント−CHBr基が前記重合体の前記6員芳香環の少なくとも1部分に付いており、前記6員芳香環の炭素環原子が前記−CHBrペンデント基の脂肪族炭素に結合しており、前記重合体が3以上の繰り返し単位を有する、重合体。
A <br/> polymer having a repeating unit containing a 6-membered aromatic ring, pendent -CH 2 C 6 Br 5 groups are attached to at least a portion of the 6-membered aromatic ring of the polymer, the 6 A polymer in which a carbon ring atom of a member aromatic ring is bonded to an aliphatic carbon of the —CH 2 C 6 Br 5 pendent group, and the polymer has 3 or more repeating units .
式IまたはII:
Figure 0006609614
で表され、
式Iにおいて:
Rは、Brまたは直鎖または分枝鎖の脂肪族鎖であり;
kは0〜4の独立した整数であり;
yは1〜(5−k)の整数であり;
Aは、無し、−CHCH−、−CHCH=CHCH−、−CH(CH)CH−、および−CH−CH=C(CH)CHからなる群から選択され;
nおよびmは重合体鎖における単位の数であり、n≧3であり、
式IIにおいて:
Xは、無し、O、S、CH、および−CHCH−からなる群から選択され;
nは重合体鎖における単位数の数であり、n≧3である、
請求項8に記載の重合体。
Formula I or II:
Figure 0006609614
Represented by
In formula I:
R is Br or a linear or branched aliphatic chain;
k is an independent integer from 0 to 4;
y is an integer from 1 to (5-k);
A is no, -CH 2 CH 2 -, - CH 2 CH = CHCH 2 -, - CH (CH 3) CH 2 -, and selected from -CH 2 -CH = C (CH 3 ) group consisting of CH 2 Is;
n and m are the number of units in the polymer chain, n ≧ 3,
In Formula II:
X is selected from the group consisting of none, O, S, CH 2 , and —CH 2 CH 2 —;
n is Ri number der the number of units in the polymer chain, n ≧ 3,
The polymer according to claim 8.
式Iの重合体がペンタブロモベンジル置換ポリスチレンである、請求項9に記載の重合体。   10. The polymer of claim 9, wherein the polymer of formula I is a pentabromobenzyl substituted polystyrene. 式IIの重合体がペンタブロモベンジル置換ポリ(フェニルエチル)である、請求項9に記載の重合体。   10. A polymer according to claim 9, wherein the polymer of formula II is pentabromobenzyl substituted poly (phenylethyl). 臭素含有量が60wt%以上である、請求項10の重合体。   The polymer of Claim 10 whose bromine content is 60 wt% or more. 臭素含有量が70wt%以上である、請求項11の重合体The polymer of Claim 11 whose bromine content is 70 wt% or more. 式HalCHBrのペンタブロモベンジルハロゲン化物の使用であって、
Halは臭化物または塩化物であり、芳香環含有繰り返し単位を有する重合体のフリーデル−クラフツアルキル化におけるアルキル化試薬としての使用。
Use of a pentabromobenzyl halide of formula HalCH 2 C 6 Br 5 comprising :
Hal is bromide or chloride and is used as an alkylating reagent in Friedel-Crafts alkylation of polymers having aromatic ring-containing repeat units.
可燃性物質および請求項8〜13のいずれかに記載の臭素含有重合体を含む、難燃性組成物。   A flame retardant composition comprising a combustible material and a bromine-containing polymer according to any one of claims 8 to 13. 前記臭素含有重合体が、請求項12に記載したペンタブロモベンジル置換ポリスチレンである、請求項15に記載の難燃性組成物。   The flame retardant composition according to claim 15, wherein the bromine-containing polymer is the pentabromobenzyl-substituted polystyrene according to claim 12. 前記可燃性重合体がポリアミドである、請求項15または16に記載の難燃性組成物。   The flame retardant composition according to claim 15 or 16, wherein the combustible polymer is polyamide. 可燃性重合体がポリプロピレン共重合体またはインパクト修飾ポリプロピレンである、請求項15または16に記載の難燃性組成物。   The flame retardant composition according to claim 15 or 16, wherein the combustible polymer is a polypropylene copolymer or impact-modified polypropylene. 100重量部のポリプロピレン共重合体、5〜50重量部のペンタブロモベンジル置換ポリスチレン、および2〜20重量部の三酸化アンチモンを含む、請求項18に記載の難燃性組成物。   19. The flame retardant composition of claim 18, comprising 100 parts by weight polypropylene copolymer, 5-50 parts by weight pentabromobenzyl substituted polystyrene, and 2-20 parts by weight antimony trioxide.
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